Sok repülési műszer használja ki a giroszkóp tulajdonságait működéséhez. A leggyakoribb giroszkópot tartalmazó műszerek a fordulókoordinátor, az irányjelző és a helyzetjelző. Ahhoz, hogy megértsük, hogyan működnek ezek a műszerek, ismerni kell a műszerek energiarendszereit, a giroszkópos elveket és az egyes műszerek működési elveit.
Giroszkópos elvek
Minden forgó tárgy giroszkópos tulajdonságokat mutat. Az e tulajdonságok kihasználására tervezett és felszerelt kereket vagy rotorokat giroszkópnak nevezzük. A műszeres giroszkóp két fontos konstrukciós jellemzője a méretéhez képest nagy tömeg, vagy nagy sűrűség, és a nagy sebességű forgás alacsony súrlódású csapágyazással.
A rögzítéseknek két általános típusa van; az alkalmazott típus attól függ, hogy a giroszkóp melyik tulajdonságát használják ki. A szabadon vagy univerzálisan szerelt giroszkóp szabadon foroghat bármilyen irányban a súlypontja körül. Az ilyen kerékről azt mondják, hogy három szabadságsíkkal rendelkezik. A kerék vagy rotor az alaphoz képest bármely síkban szabadon foroghat, és úgy van kiegyensúlyozva, hogy a giroszkópkerék nyugalomban maradjon abban a helyzetben, amelyben elhelyezték. A korlátozottan vagy félmereven szerelt giroszkópok olyanok, amelyeket úgy szerelnek, hogy az egyik szabadságsíkot az alaphoz képest fixen tartják.
A giroszkópos működésnek két alapvető tulajdonsága van: a térbeli merevség és a precesszió.
Térbeli merevség
A térbeli merevség arra az elvre utal, hogy a giroszkóp abban a síkban, amelyben forog, rögzített helyzetben marad. A térbeli merevségre példa a kerékpárkerék. Ahogy a biciklikerekek sebessége nő, úgy válnak egyre stabilabbá a forgási síkjukban. Ez az oka annak, hogy a kerékpár kis sebességnél instabil és manőverezhető, nagyobb sebességnél pedig stabil és kevésbé manőverezhető.
Azáltal, hogy ezt a kereket vagy giroszkópot kardángyűrűkre szereljük, a giroszkóp képes szabadon forogni bármilyen irányban. Így ha a kardángyűrűket megdöntik, elforgatják vagy más módon elmozdítják, a giroszkóp abban a síkban marad, amelyben eredetileg forgott.
Precesszió
A precesszió a giroszkóp dőlése vagy elfordulása egy eltérítő erő hatására. Az erre az erőre adott reakció nem abban a pontban következik be, ahol az erőt kifejtették, hanem egy olyan pontban, amely a forgás irányában 90°-kal később van. Ez az elv lehetővé teszi, hogy a giroszkóp az irányváltoztatás által keltett nyomás mértékének érzékelésével határozza meg a fordulatszámot. A giroszkóp precessziós sebessége fordítottan arányos a rotor sebességével és arányos a kitérítő erővel.
Flight Literacy Recommendends
Rod Machado: How to Fly an Airplane Handbook – Ismerje meg bármely repülőgép vezetésének alapvető alapjait. Tegye egyszerűbbé, olcsóbbá és élvezetesebbé a repülésoktatást. Sajátítsa el az összes ellenőrző manővert. Tanulja meg a repülés “botkormány és kormány” filozófiáját. Előzze meg, hogy a repülőgép véletlenül megakadjon vagy megpördüljön. Szálljon le egy repülőgéppel gyorsan és élvezetesen.
A kerékpár példájával élve, a precesszió a kerekekre hat, hogy a kerékpár el tudjon fordulni. Normál sebességgel való tekerés közben nem szükséges a kormányt a kívánt kanyar irányába fordítani. A kerékpáros egyszerűen csak elhajol abba az irányba, amerre haladni szeretne. Mivel a kerekek a kerékpár jobb oldaláról nézve az óramutató járásával megegyező irányban forognak, ha a kerékpáros balra dől, akkor a bal oldali kerék tetejére erő hat. Az erő valójában 90°-kal a forgás irányába hat, aminek hatására a gumiabroncs elejére erő hat, és a kerékpár balra mozdul. A lassan forgó giroszkópok instabilitása miatt a kormányt kis sebességnél el kell fordítani, valamint a fordulatszám növelése érdekében is.
A precesszió is okozhat kisebb hibákat egyes műszereknél. A precesszió a szabadon forgó giroszkópot a csapágysúrlódás stb. miatt elmozdíthatja a tervezett forgási síkjából. Bizonyos műszerek, például az irányjelző, repülés közben korrekciós átállításra szorulhatnak.
A teljesítményforrások
Egyik repülőgépen az összes giroszkóp vákuum-, nyomás- vagy elektromos működtetésű. Más repülőgépeken a vákuum- vagy nyomásrendszerek biztosítják az irány- és helyzetjelzők energiaellátását, míg az elektromos rendszer a fordulókoordinátor energiaellátását. A legtöbb repülőgép legalább két áramforrással rendelkezik, hogy az egyik áramforrás meghibásodása esetén is rendelkezésre álljon legalább egy forrás a dőlésszöginformációhoz. A vákuum- vagy nyomásrendszer úgy forgatja a giroszkópot, hogy a rotorlapátok ellen egy légáramlatot húz a rotor nagy sebességgel történő forgatásához, hasonlóan a vízkerék vagy a turbina működéséhez. A műszer működéséhez szükséges vákuum vagy nyomás mértéke változó, de általában 4,5 “Hg és 5,5 “Hg között van.
A giroszkópok egyik vákuumforrása egy lapátmotoros szivattyú, amelyet a motor tartozékházára szerelnek. A szivattyú kapacitása a különböző repülőgépeken a gyrosok számától függően változik.
A tipikus vákuumrendszer egy motorral hajtott vákuumszivattyúból, túlnyomásszelepből, légszűrőből, mérőműszerből és a csatlakozások elvégzéséhez szükséges csövekből áll. A mérőműszer a repülőgép műszerfalán van felszerelve, és jelzi a rendszerben lévő nyomás mértékét (a vákuumot a környezeti nyomásnál kisebb higanycentiméterben mérik).
A 8-20. ábrán látható módon a vákuumrendszerbe a motor által meghajtott vákuumszivattyú szívja be a levegőt. Először egy szűrőn halad át, amely megakadályozza, hogy idegen anyagok kerüljenek a vákuum- vagy nyomásrendszerbe. A levegő ezután áthalad a helyzet- és irányjelzőkön, ahol a giroszkópokat pörgésre készteti. Egy nyomáscsökkentő szelep megakadályozza, hogy a vákuumnyomás vagy a szívás túllépje az előírt határértékeket. Ezután a levegő a fedélzeten túlra távozik, vagy más rendszerekben használják fel, például pneumatikus jégtelenítő csizmák felfújására.
Nagyon fontos a vákuumnyomás ellenőrzése repülés közben, mert a helyzet- és irányjelzők nem feltétlenül adnak megbízható információt, ha a szívónyomás alacsony. A vákuum- vagy szívónyomás-mérő általában a normál tartományt jelzi. Egyes repülőgépek figyelmeztető lámpával vannak felszerelve, amely világít, amikor a vákuumnyomás az elfogadható szint alá csökken.
Ha a vákuumnyomás a normál üzemi tartomány alá csökken, a giroszkópos műszerek instabillá és pontatlanná válhatnak. A műszerek rendszeres keresztellenőrzése jó szokás, amit érdemes kialakítani.”
A Flight Literacy ajánlja
Rod Machado magánpilóta kézikönyve -A Flight Literacy azért ajánlja Rod Machado termékeit, mert az általában száraz és unalmas dolgokat a rá jellemző humorral alakítja át, ami segít lekötni és tovább megtartani az információkat. (lásd Rod Machado összes termékét).